EP0728255B1 - Ballon regulateur pour effluents polyphasiques et moyens de prelevements associes - Google Patents

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EP0728255B1
EP0728255B1 EP95925040A EP95925040A EP0728255B1 EP 0728255 B1 EP0728255 B1 EP 0728255B1 EP 95925040 A EP95925040 A EP 95925040A EP 95925040 A EP95925040 A EP 95925040A EP 0728255 B1 EP0728255 B1 EP 0728255B1
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EP
European Patent Office
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flask
extraction means
polyphasic
section
effluent
Prior art date
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EP95925040A
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German (de)
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EP0728255A1 (fr
Inventor
René TALON
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0728255A1 publication Critical patent/EP0728255A1/fr
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Publication of EP0728255B1 publication Critical patent/EP0728255B1/fr
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D19/00—Degasification of liquids
    • B01D19/0063—Regulation, control including valves and floats
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/34—Arrangements for separating materials produced by the well
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K5/00—Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary
    • F16K5/04—Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary with plugs having cylindrical surfaces; Packings therefor
    • F16K5/0421—Fixed plug and turning sleeve
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/0318—Processes
    • Y10T137/0324—With control of flow by a condition or characteristic of a fluid
    • Y10T137/0357—For producing uniform flow
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/2496—Self-proportioning or correlating systems
    • Y10T137/2499—Mixture condition maintaining or sensing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/2496—Self-proportioning or correlating systems
    • Y10T137/2559—Self-controlled branched flow systems
    • Y10T137/2562—Dividing and recombining

Definitions

  • the present invention relates to a regulating flask for multiphase fluids and the associated means of sampling.
  • the object of the invention is to provide a device which allows better control control of multiphase flow.
  • the sampling means have adjustable sampling sections.
  • the adjustable passage sections are distributed at different heights, for example on a vertical or inclined line, on either side of the area or interface separating gas, liquid in normal operation. So a variation of position of the interface results in an automatic level regulation effect.
  • the sampling means according to the present invention can be said to variable geometry.
  • the regulating tank plays the role of a buffer tank due to the time of residence of the multiphase fluid within the capacity it represents.
  • the present invention ensures operation satisfactory with a multiphase pumping means although the conditions physics of the multiphase fluid to be pumped (in particular the GLR, pressure ...) varies on a wide beach.
  • GLR Gel to Liquid Ratio
  • the present invention is perfectly suited to the petroleum field. Indeed, some producing wells provide a liquid mixture (oil and / or water) and gas that should be transferred to a site of use or storage. The transfer is traditionally done by separating the gas and the liquid, then by compressing the gas and pumping the liquid separately. Using a pump multiphase allows to route the gas and liquid assembly in a single surgery. The multiphase pumps used to perform this kind of transfer accept a limited variation of GLR at their limited entry. To adapt the operation of these pumps to the characteristics of the fluid from producing wells, it is necessary to interpose between the wells and the pump, a regulating tank.
  • the object of the present invention is to provide an improved regulating balloon, allowing an adaptation, possibly permanent, of the means of samples from variations in the flow conditions of the well, in particular at the variation of its composition.
  • the present invention relates to a balloon comprising at least one means of samples of the fluid contained in this balloon, said sampling means includes a passage section for the withdrawal of said fluid which extends over a substantial portion of the height of said balloon.
  • the balloon according to the invention is characterized in that the means of sampling include means of modifications of said passage section.
  • the means of sampling and modifications of the passage section may have at least two perforated surfaces which move one by relative to the other so as to modify said passage section.
  • These surfaces can be cylinders of revolution, preferably coaxial.
  • One of the cylinders may be fixed relative to said balloon and the other mobile in rotation about its axis of revolution and the movable cylinder may include means for rotating outside said balloon.
  • the cylindrical tubes may be vertical when the ball is in the position of operation.
  • the balloon according to the invention may include a cylindrical envelope.
  • the cylindrical envelope and the sampling means can be positioned one by the other so that in the operating position the axis of the envelope cylindrical either vertical or horizontal.
  • the passage section of the sampling means may be located substantially on the side opposite the fluid inlet opening in the regulating flask, this relative to the axis of the means of sampling.
  • the means of sampling may include at least one fixed section located at the bottom of said means of sampling for removal of a liquid phase.
  • the means of sampling may include at least one fixed section located at the top of said means of sampling for sampling a gas phase.
  • the sampling means can be connected to the suction of a pump multiphase.
  • the means of modification of the passage section may be controlled by function of one or more quantities linked to the physical conditions of the fluid to process upstream and / or in the buffer tank and mechanical conditions of the pump operation.
  • the references 1 and 2 designate two production zones oil. Each may include several production wells 1a, 1b, 1c, 2a, 2b, 2c, the entire production of each of the zones being collected by a 1d, 2d pipeline for zones 1 and 2.
  • Line 3 connects the first site of oil production at a pumping station.
  • Line 4 connects the station to pumping 5 to all of the producing wells in the second zone.
  • Different collector lines from different production sites reach the station pumping 5 such as lines 6, 7 and 8.
  • the production from these different lines are collected by a collector 9 which feeds the balloon regulator 10.
  • This balloon is connected to the suction of a pump 11 driven by a possibly electric motor 12.
  • the fluid pumped by pump 11 is routed through line 13 to a destination not represented by example a main platform according to the diagrams illustrated by patent US-5,226,482 the content of which is deemed to be part of this text.
  • Such a scheme finds particular application in the field of marine production (see Figure 2).
  • the set of wells 1 is connected to a buoy floating 14 by a flexible line 15.
  • This flexible line can have the shape of an S thanks in particular to the use of a buoy 16.
  • On the buoy 14 are in particular the regulating balloon 10, the pump 11 and the drive motor 12.
  • the system shown in Figure 2 can cause changes in changing characteristics of the fluid to be pumped at the inlet of the pump. Indeed, the S shape and the back and forth vertical movements of the two loops 17 and 18 of the hose cause variations in the flow characteristics multiphase which are superimposed on the variations of GLR of the effluent at the outlet multiphase wells. These variations relate in particular to the type multiphase flow, GLR ...
  • Curve 19 represents the variation in GLR obtained at the entry of the balloon regulator 22 for a multiphase fluid coming from a well at a given time from production. We note that this curve presents many variations brutal for GLR values.
  • the characteristics of the fluid coming from the well may have to change, in particular the value of its GLR.
  • the ball regulator and its means of sampling are no longer adapted so optimum, and the damped curve 20 then turns into a curve 21 which has variations in amplitudes greater than those of curve 20.
  • the present invention makes it possible to reduce the fluctuations of the curve 21 to a level lower, for example at a level similar to that of curve 20, thanks to the use of adjustable direct debits, even though the conditions of production of the multiphase fluid at the inlet of the regulating flask have changed.
  • the invention is applicable to any other situation where such variations and amplitudes can be observed, whether on a land or underwater site.
  • the device according to the present invention can be used to control flows which are disturbed in particular due to pipes or for adapting to changes in well production or the number of wells production.
  • FIG. 4 schematically shows the device according to the invention.
  • the reference 22 designates the regulating flask
  • reference 23 the fluid inlet pipe multiphase to be treated opening into the regulating flask through an orifice 33.
  • the fluid pours into the regulating flask or capacity 22 and separates into a gas phase 24 and a liquid phase 25 possibly comprising solid like sand.
  • the sampling means according to the invention designated in its together by the reference 26 comprises in the particular embodiment of Figure 4, a first outer tube or cylinder 27 surrounding a cylinder inner 28.
  • the outer cylinder 27 can rotate on itself relative to its axis of revolution 29 by means of control 30.
  • the outer tube 27 comprises for example several openings 31 and the inner tube 28 comprises openings 32.
  • the openings or recesses 31 and 32 cooperate together to delimit the passage section H of the effluent or multiphase fluid.
  • the flow section will be a function for example of variations in the effluent GLR multiphase to be treated.
  • openings or passage openings 32 and 31 are located on the side opposite the inlet opening of the multiphase fluid 33 in the balloon, relative to the axis of revolution 29 of the tubes 27 and 28 which are coaxial. This preserves the openings 31 and 32 of the eddies which may result from the introduction of the multiphase fluid into the regulating flask.
  • FIG. 6 is a perspective view of the operation of the cylinders 27 and 28.
  • the reference 34 designates the opening of the inner tube 28 while the reference 35 designates the opening of the outer tube 27.
  • the overlap zone 36 corresponds to the area actually offered for the passage of the multiphase fluid.
  • FIG. 6A have been developed showing the cross sections cylinders 28 and 27 corresponding respectively to openings 34 and 35.
  • FIG. 6A the opening 34 of the internal tube and the opening 35 of the external tube are rectangular.
  • the shape of the passage section actually offered to the multiphase effluent is a rectangular shape.
  • Figures 6A to 6H represent in a nonlimiting manner different forms of possible openings tubes 27 and 28.
  • the shape of the opening made up on the inner tube is always rectangular.
  • the shape of the opening made on the outer tube 27 is a circle.
  • Cooperation openings in the inner tube and the outer tube allow free circle segment 37.
  • the free section is a segment of ellipse 38.
  • FIG. 6D represents for the external tube, a form of opening triangular 39.
  • the passage section 40 due to the cooperation of the two tubes a in this case the shape of a trapezoid.
  • one of the sides of the triangle 39 a replaced by a curved curve to better adapt the shape of the opening 41 with the characteristics of the multiphase fluid.
  • FIGS. 6F and 6G there are symmetrical shapes with regard to the forms of opening of the external tube shown in FIGS. 6D and 6E. They are referenced respectively 39a and 41a giving a passage section 40a and 42a respectively. It is certain that other forms may be used to solve the problem according to the present invention, as in the figure 6H, the openings of the inner tube may be multiple and have shapes circular as well as the shapes of the openings of the outer tube 43.
  • FIG. 5 has been shown, in more detail, an embodiment sampling means according to the present invention.
  • the inner tube 28 is secured to the wall 44 of the regulating flask while the outer tube 27 is integral with a rod 45 which passes through a cable gland 46 making it possible to ensure the seal between the internal zone 47 of the regulating flask and the external medium 48.
  • the rod 45 allows by means of rotation indicated by the arrows 49 to make vary the opening area left free when passing the multiphase effluent. This zone resulting from the cooperation of the tubes 27 and 28.
  • the rod 45 may be provided with a translational movement represented by the arrow 50 allowing in particular to vary the section of passage reserved for multiphase effluent.
  • the inner tube 28 has at its base of passage openings 51 which are not covered by the tube outer 27.
  • the outer tube 27 has through holes 52 to its upper part which are not covered by the inner tube 28.
  • the effluent multiphase arriving through orifice 33 enters capacity 22 where it separates on the one hand in a liquid part, reference 25 and on the other hand in a part gas reference 24.
  • the openings represented by reference 54 Figure 4) allow the passage of gas while the openings referenced 55 ( Figure 4) allow the passage of liquid. If the liquid level in the buffer tank increases, the area or section reserved for the passage of liquid will increase, and the zone or section reserved for the passage of the gaseous effluent will be reduced. This results from the fact that the ball has a self-regulating characteristic of the multiphase flow already described in patent FR 2,642,539.
  • This effect is obtained by varying the position of the envelope or tube outer 27 relative to the inner tube 28.
  • This position can be varied by function, for example, of variations in the GLR of the multiphase fluid detected at the entrance to the buffer tank.
  • We can decide to perform movements of the outer tube relative to the inner tube for example after averaging over a certain period of variations in the GLR at the entry of the regulating balloon.
  • the control of the position of the outer tube relative to the inner tube can be performed using a computer referenced 56 in FIG. 7.
  • This computer can take into account the parameters of the upstream flow of the multiphase effluent, for example the thermodynamic parameters determined using temperature pressure sensors and possibly the value of the flow rate of the effluent determined by an appropriate device. , the assembly of this sensor being referenced 58 in the figure. The parameters are transmitted by a line 57 to the computer.
  • the assembly of this upstream sensor is located substantially at the bottom of the water. Of course, it will not depart from the scope of the present invention by placing it at another location in the upstream circuit, for example in the vicinity of the wellhead.
  • This assembly may include, in particular, a static pressure tap and a dynamic pressure tap.
  • the computer will be able to take into account the variations in the difference of the pressure values of these two taps.
  • this computer can take into account the parameters represented the operating conditions of the pump 59 by means of sensors connected by the line 60, for example by measuring the torque and the speed of rotation of the pump. Similarly, it is possible to determine, using appropriate sensors, the pressure and the flow rate of the multiphase effluent at the outlet of the pump. The computer can also take into account the value of the level of the liquid in the regulating flask, this thanks to a sensor 61 connected to the calculator by the line 62. Finally, it is also possible to measure by a sensor 63 the pressure prevailing in the regulating flask and transmit it via line 64 to the computer.
  • This computer by integrating these different data will act on the relative position of the cylinders 27 and 28 in order to best adjust the characteristics of the passage section reserved for the multiphase effluent.
  • Those skilled in the art will be able to determine the different forms of passage section H as a function of the requirements linked to each production scheme.

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Description

La présente invention concerne un ballon régulateur pour fluides polyphasiques et les moyens de prélèvements associés.
L'écoulement de fluides, constitués d'un mélange de gaz, de liquide et éventuellement de matière solide, pose d'importants problèmes de régulation de débit. En effet, le comportement des fluides polyphasiques est bien plus complexe que celui d'écoulements monophasiques. Ce problème de régulation de débit est d'autant plus critique que le fluide doit être comprimé dans une machine tournante ou alternative.
L'objet de l'invention est de proposer un dispositif qui permette de mieux maítriser le contrôle de l'écoulement polyphasique.
L'idée principale de la présente demande de brevet réside dans le fait que les moyens de prélèvements ont des sections de prélèvement ajustables. De plus les sections de passage ajustables sont répartis à différentes hauteurs, par exemple sur une verticale ou une ligne inclinée, de part et d'autre de la zone ou l'interface de séparation gaz, liquide en fonctionnement normal. Ainsi une variation de position de l'interface entraíne un effet automatique de régulation du niveau. Selon la présente invention il n'est pas nécessaire d'arrêter l'écoulement polyphasique et de démonter des éléments de l'ensemble ballon plus moyens de prélèvements pour ajuster les sections de passage des moyens de prélèvement. Les moyens de prélèvement selon la présente invention pourront être dits à géométrie variable.
De plus, le ballon régulateur joue le rôle d'un ballon-tampon du fait du temps de résidence du fluide polyphasique au sein de la capacité qu'il représente.
Le dimensionnement du système régulateur n'utilisant que des équations simplifiées de la mécanique des fluides, il sera aisé de le dimensionner ainsi que de déterminer les lois de transferts de ce ballon.
Par ailleurs, la présente invention permet d'assurer un fonctionnement satisfaisant d'un moyen de pompage polyphasique bien que les conditions physiques du fluide polyphasique à pomper (notamment le GLR, pression...) varie sur une large plage.
Il est rappelé que le GLR (Gaz to Liquid Ratio) est un rapport volumétrique qui caractérise un écoulement polyphasique. Le GLR est égal au rapport du volume de gaz au volume de liquide.
L'art antérieur peut être illustré par le brevet FR : 2.642.539. Les moyens de prélèvements de l'effluent polyphasique décrit dans ce document antérieur ont des sections de passage constantes dans le temps qui ne permettent pas une bonne adaptation aux conditions d'écoulement du fluide polyphasique. Cela sera expliqué plus loin dans la description détaillée en relation avec les figures 1 à 3.
La présente invention convient parfaitement au domaine pétrolier. En effet, certains puits producteurs fournissent un mélange liquide (huile et/ou eau) et de gaz qu'il convient de transférer sur un site d'utilisation ou de stockage. Le transfert se fait traditionnellement en séparant le gaz et le liquide, puis en comprimant le gaz et en pompant le liquide séparément. L'utilisation d'une pompe polyphasique permet d'acheminer l'ensemble gaz et liquide en une seule opération. Les pompes polyphasiques utilisées pour effectuer ce genre de transfert acceptent une variation limitée du GLR à leur entrée limitée. Afin d'adapter le fonctionnement de ces pompes aux caractéristiques du fluide provenant de puits producteurs, il convient d'interposer entre les puits et la pompe, un ballon régulateur.
L'objet de la présente invention est de proposer un ballon régulateur perfectionné, permettant une adaptation, éventuellement permanente, des moyens de prélèvements aux variations des conditions d'écoulement du puits, notamment à la variation de sa composition.
La présente invention concerne un ballon comportant au moins un moyen de prélèvements du fluide contenu dans ce ballon, ledit moyen de prélèvement comporte une section de passage pour le prélèvement dudit fluide qui s'étend sur une portion substantielle de la hauteur dudit ballon. Le ballon selon l'invention se caractérise en ce que les moyens de prélèvements comportent des moyens de modifications de ladite section de passage.
Les moyens de prélèvements et de modifications de la section de passage peuvent comporter au moins deux surfaces ajourées qui se déplacent l'une par rapport à l'autre de manière à modifier ladite section de passage.
Ces surfaces peuvent être des cylindres de révolution de préférence coaxiale.
L'un des cylindres pourra être fixe par rapport audit ballon et l'autre mobile en rotation autour de son axe de révolution et le cylindre mobile pourra comporter des moyens de mise en rotation extérieurs audit ballon.
Les tubes cylindres pourront être verticaux lorsque le ballon est en position de fonctionnement.
Le ballon selon l'invention pourra comporter une enveloppe cylindrique. L'enveloppe cylindrique et les moyens de prélèvements pourront être positionnés l'un par l'autre pour qu'en position de fonctionnement l'axe de l'enveloppe cylindrique soit vertical ou horizontal.
La section passage des moyens de prélèvements pourra être sensiblement située du côté opposé à l'orifice d'entrée du fluide dans le ballon régulateur, cela relativement à l'axe des moyens de prélèvements.
Les moyens de prélèvements pourront comporter au moins une section fixe supplémentaire située à la partie inférieure desdits moyens de prélèvements pour le prélèvement d'une phase liquide.
Les moyens de prélèvements pourront comporter au moins une section fixe supplémentaire située à la partie supérieure desdits moyens de prélèvements pour le prélèvement d'une phase gazeuse.
Les moyens de prélèvements pourront être connectés à l'aspiration d'une pompe polyphasique.
Les moyens de modifications de la section de passage pourront être asservis en fonction d'une ou plusieurs grandeurs liées aux conditions physiques du fluide à traiter en amont et/ou dans le ballon-tampon et des conditions mécaniques du fonctionnement de la pompe.
La présente invention concerne également un procédé de régulation d'un effluent polyphasique. Ce procédé comporte les étapes suivantes
  • a)introduction de l'effluent polyphasique dans un ballon amortisseur comportant des moyens de prélèvement de l'effluent polyphasique
  • b)réglage de la section de passage de l'effluent polyphasique des moyens de prélevement en fonction de conditions d'écoulement déterminées.
    • La présente invention sera mieux comprise et ses spécificités apparaítront à la description nullement limitative qui suit, illustrée par les dessins ci-joints, parmi lesquels :
    • la figure 1 représente une vue d'ensemble d'un schéma de production,
    • la figure 2 représente un cas d'application au domaine marin,
    • la figure 3 représente les effets du ballon régulateur selon la présente invention,
    • la figure 4 représente une vue schématique d'un ballon régulateur équipé d'un tube de prélèvement selon la présente invention,
    • la figure 5 représente un système de commande des moyens de prélèvements,
    • la figure 6 représente un détail des moyens de prélèvements,
    • les figures 6a à 6h représentent différentes formes pour les ouvertures des cylindres des moyens de prélèvements,
    • la figure 7 représente un système selon la présente invention équipé des moyens de régulation et de commande des moyens de prélèvements,
    • la figure 8 représente un schéma selon lequel un même ballon comporte plusieurs tubes de prélèvements selon l'invention alimentant chacun une pompe polyphasique.
    Sur la figure 1, les références 1 et 2 désignent deux zones de production pétrolière. Chacune pouvant comporter plusieurs puits de production 1a, 1b, 1c, 2a, 2b, 2c, l'ensemble de la production de chacune des zones étant collecter par une canalisation 1d, 2d pour les zones 1 et 2. La ligne 3 relie le premier site de production pétrolière à une station de pompage. La ligne 4 relie la station de pompage 5 à l'ensemble des puits producteurs de la seconde zone. Différentes lignes collectrices provenant de différents sites de production rejoignent la station de pompage 5 telles les lignes 6, 7 et 8. La production provenant de ces différentes lignes est rassemblée par un collecteur 9 qui alimente le ballon régulateur 10. Ce ballon est relié à l'aspiration d'une pompe 11 entraínée par un moteur éventuellement électrique 12. Le fluide pompé par la pompe 11 est acheminé par la canalisation 13 vers un lieu de destination non représenté par exemple une plate-forme principale selon les schémas illustrés par le brevet US-5.226.482 dont le contenu est réputé faire partie du présent texte.
    Un tel schéma trouve particulièrement son application dans le domaine de la production marine (voir la figure 2). L'ensemble des puits 1 est relié à une bouée flottante 14 par une ligne flexible 15. Cette ligne flexible peut avoir la forme d'un S grâce, notamment, à l'utilisation d'une bouée 16. Sur la bouée 14 se trouvent notamment le ballon régulateur 10, la pompe 11 et le moteur d'entraínement 12.
    En fonction des mouvements de la houle et des conditions météorologiques, le système schématisé à la figure 2 peut entraíner des changements dans les caractéristiques du fluide à pomper à l'entrée de la pompe changeantes. En effet, la forme en S et les mouvements verticaux de va-et-vient des deux boucles 17 et 18 du flexible entraínent des variations des caractéristiques de l'écoulement polyphasique qui se superposent aux variations de GLR de l'effluent à la sortie des puits polyphasiques. Ces variations concernent notamment le type d'écoulement polyphasique, le GLR...
    Les courbes de la figure 3 schématisent les variations de GLR en fonction du temps obtenues avec et sans utilisation d'un ballon régulateur selon l'invention.
    La courbe 19 représente la variation de GLR obtenue à l'entrée du ballon régulateur 22 pour un fluide polyphasique provenant d'un puits à un instant donné de la production. On note que cette courbe présente de nombreuses variations brutales pour les valeurs de GLR.
    En utilisant un ballon régulateur équipé de moyens de prélèvements selon l'invention, le ballon et ses équipements étant adaptés aux caractéristiques du fluide, on obtient une courbe de variation de GLR du fluide en sortie de ballon représentée par la courbe amortie 20.
    Toutefois, en cours de production, ou sous l'effet de phénomènes extérieurs, par exemple un effet de houle, les caractéristiques du fluide provenant du puits peuvent être amenées à changer, notamment la valeur de son GLR. Le ballon régulateur et ses moyens de prélèvements ne sont alors plus adaptés de manière optimum, et la courbe amortie 20 se transforme alors en une courbe 21 qui comporte des variations d'amplitudes supérieures à celles de la courbe 20. La présente invention permet de réduire les fluctuations de la courbe 21 à un niveau plus faible, par exemple à un niveau semblable à celui de la courbe 20, grâce à l'utilisation de moyens de prélèvements réglables, alors même que les conditions de production du fluide polyphasique à l'entrée du ballon régulateur ont changé.
    L'invention est applicable à toute autre situation où de telles variations et amplitudes peuvent être observées, qu'on soit sur un site terrestre ou sous-marin. Le dispositif selon la présente invention peut être utilisé pour contrôler des écoulements qui sont perturbés notamment du fait des canalisations ou pour l'adaptation à l'évolution de la production des puits ou du nombre de puits de production.
    La figure 4 montre schématiquement le dispositif selon l'invention. La référence 22 désigne le ballon régulateur, la référence 23 la canalisation d'arrivée du fluide polyphasique à traiter débouchant dans le ballon régulateur par un orifice 33. Le fluide se déverse dans le ballon régulateur ou la capacité 22 et se sépare en une phase gazeuse 24 et une phase liquide 25 comportant éventuellement des solides tel du sable. Le moyen de prélèvement selon l'invention désigné dans son ensemble par la référence 26 comporte dans le mode de réalisation particulier de la figure 4, un premier tube ou cylindre extérieur 27 entourant un cylindre intérieur 28. Le cylindre extérieur 27 peut tourner sur lui-même par rapport à son axe de révolution 29 grâce à des moyens de contrôle 30. Le tube extérieur 27 comporte par exemple plusieurs ouvertures 31 et le tube intérieur 28 comporte des ouvertures 32. Les ouvertures ou évidements 31 et 32 coopèrent ensemble pour délimiter la section de passage H de l'effluent ou fluide polyphasique. La section de passage sera fonction par exemple des variations du GLR de l'effluent polyphasique à traiter.
    Sur la figure 4, on note que les ouvertures ou orifices de passage 32 et 31 sont situés du côté opposé à l'ouverture d'entrée du fluide polyphasique 33 dans le ballon, relativement à l'axe de révolution 29 des tubes 27 et 28 qui sont coaxiaux. Ceci permet de préserver les ouvertures 31 et 32 des remous pouvant résulter de l'introduction du fluide polyphasique dans le ballon régulateur.
    La figure 6 est une vue en perspective du fonctionnement des cylindres 27 et 28. La référence 34 désigne l'ouverture du tube intérieur 28 alors que la référence 35 désigne l'ouverture du tube extérieur 27. La zone de chevauchement 36 correspond à la zone réellement offerte au passage du fluide polyphasique. Sur la figure 6A ont été représentées de manière développée les sections de passage des cylindres 28 et 27 correspondant respectivement aux ouvertures 34 et 35.
    Sur la figure 6A, l'ouverture 34 du tube interne et l'ouverture 35 du tube externe sont rectangulaires. La forme de la section de passage réellement offerte à l'effluent polyphasique est une forme rectangulaire. Les figures 6A à 6H représentent de manière non limitative différentes formes d'ouvertures possibles des tubes 27 et 28. Sur les figures 6A à 6G, la forme de l'ouverture confectionnée sur le tube interne est toujours rectangulaire. Sur la figure 6B, la forme de l'ouverture confectionnée sur le tube extérieur 27 est un cercle. La coopération des ouvertures du tube interne et du tube externe permet de laisser libre un segment de cercle 37. Sur la figure 6C, la section libre est un segment d'ellipse 38. La figure 6D représente pour le tube externe, une forme d'ouverture triangulaire 39. La section de passage 40 due à la coopération des deux tubes a dans ce cas la forme d'un trapèze. Sur la figure 6E, l'un des côtés du triangle 39 a été remplacé par une courbe incurvée permettant de mieux adapter la forme de l'ouverture 41 aux caractéristiques du fluide polyphasique.
    Sur les figures 6F et 6G, on trouve des formes symétriques pour ce qui est des formes d'ouverture du tube externe représentées aux figures 6D et 6E. Elles sont référencées respectivement 39a et 41a donnant une section de passage respectivement 40a et 42a. Il est bien certain que d'autres formes pourront être utilisées pour résoudre le problème selon la présente invention, ainsi sur la figure 6H, les ouvertures du tube interne pourront être multiples et avoir des formes circulaires de même que les formes des ouvertures du tube externe 43.
    Sur la figure 5 a été représenté, de façon plus détaillée, un mode de réalisation des moyens de prélèvements selon la présente invention. Le tube interne 28 est solidaire de la paroi 44 du ballon régulateur alors que le tube externe 27 est solidaire d'une tige 45 qui traverse un presse-étoupe 46 permettant d'assurer l'étanchéité entre la zone interne 47 du ballon régulateur et le milieu extérieur 48. La tige 45 permet par un moyen de rotation indiqué par les flèches 49 de faire varier la zone d'ouverture laissée libre au passage de l'effluent polyphasique. Cette zone résultant de la coopération des tubes 27 et 28. Selon une variante de la présente invention la tige 45 pourra être dotée d'un mouvement de translation représenté par la flèche 50 permettant notamment de faire varier la section de passage réservée à l'effluent polyphasique. Le tube interne 28 comporte à sa base des orifices de passage 51 qui ne sont pas recouverts par le tube externe 27. De même, le tube externe 27 comporte des orifices de passage 52 à sa partie supérieure qui ne sont pas recouverts par le tube interne 28.
    Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est commenté ci-après. L'effluent polyphasique arrivant par l'orifice 33 pénètre dans la capacité 22 où il se sépare d'une part en une partie liquide, référence 25 et d'autre part en une partie gazeuse référence 24. Les ouvertures représentées par la référence 54 (figure 4) permettent le passage de gaz alors que les ouvertures référencées 55 (figure 4) permettent le passage de liquide. Si le niveau du liquide dans le ballon-tampon augmente, la zone ou section réservée au passage de liquide augmentera, et la zone ou section réservée au passage de l'effluent gazeux sera réduite. Ceci résulte du fait que le ballon présente une caractéristique d'autorégulation de l'écoulement polyphasique déjà décrite dans le brevet FR 2.642.539.
    Comme cela a été dit, il peut être souhaitable pour une meilleure maítrise des fluctuations de GLR à l'entrée du ballon régulateur de pouvoir agir sur les sections de passage offertes d'une part au liquide et d'autre part au gaz en cours de fonctionnement.
    Cet effet est obtenu en faisant varier la position de l'enveloppe ou tube externe 27 par rapport au tube interne 28. On pourra faire varier cette position en fonction, par exemple, des variations du GLR du fluide polyphasique détectée à l'entrée du ballon-tampon. On pourra décider d'effectuer des mouvements du tube externe par rapport au tube interne par exemple après avoir fait la moyenne sur une certaine période des variations du GLR à l'entrée du ballon régulateur. Le contrôle de la position du tube externe par rapport au tube interne pourra être effectué à l'aide d'un calculateur référencé 56 sur la figure 7.
    Ce calculateur pourra prendre en compte les paramètres de l'écoulement amont de l'effluent polyphasique, par exemple les paramètres thermodynamiques déterminés à l'aide de capteurs de pression de température et éventuellement la valeur du débit de l'effluent déterminée par un dispositif approprié, l'ensemble de ce capteur étant référencé 58 sur la figure. Les paramètres sont transmis par une ligne 57 au calculateur. Sur la figure 7 l'ensemble de ce capteur amont est situé sensiblement au fond de l'eau. Bien entendu on ne sortira pas du cadre de la présente invention en le plaçant à un autre endroit du circuit amont, par exemple au voisinage de la tête de puits. Cet ensemble pourra comporter, notamment, une prise de pression statique et une prise de pression dynamique. Le calculateur pourra prendre en compte les variations de la différence des valeurs de pression de ces deux prises.
    Par ailleurs, ce calculateur pourra prendre en compte des paramètres représentés les conditions de fonctionnement de la pompe 59 grâce à des capteurs reliés par la ligne 60, par exemple en mesurant le couple et la vitesse de rotation de la pompe. De même, on peut déterminer, à l'aide de capteurs appropriés, la pression et le débit de l'effluent polyphasique à la sortie de la pompe. Le calculateur pourra également prendre en compte la valeur du niveau du liquide dans le ballon régulateur, cela grâce à un capteur 61 relié au calculateur par la ligne 62. Enfin, on pourra également mesurer par un capteur 63 la pression régnant dans le ballon régulateur et la transmettre par la ligne 64 au calculateur. Ce calculateur en intégrant ces différentes données agira sur la position relative des cylindres 27 et 28 afin de régler au mieux les caractéristiques de la section de passage réservées à l'effluent polyphasique. L'homme de métier pourra déterminer les différentes formes de section de passage H en fonction des impératifs liés à chaque schéma de production.
    On ne sortira pas du cadre de la présente invention en utilisant plusieurs tubes de prélèvements selon l'invention situés dans le même ballon pour alimenter une ou plusieurs pompes voir figure 8.

    Claims (12)

    1. Ballon régulateur convenant au prélèvement d'un effluent polyphasique, ledit ballon comportant des moyens de prélèvement du fluide contenu dans ce ballon, lesdits moyens de prélèvement comportant une section H de passage pour le prélèvement dudit fluide, lesdits moyens de prélèvement s'étendant sur une portion substantielle de la hauteur dudit ballon caractérisé en ce que lesdits moyens de prélèvement (26) comportent des moyens (27, 28) de modifications de ladite section de passage et en ce que lesdits moyens de prélèvement permettent de prélever un effluent polyphasique.
    2. Ballon selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits moyens de prélèvements et de modifications de la section de passage comportent au moins deux surfaces ajourées qui se déplacent l'une par rapport à l'autre de manière à modifier ladite section de passage (cf. figures 6 à 6a).
    3. Ballon selon la revendication 2 caractérisé en ce que lesdites surfaces sont des cylindres de révolution de préférence coaxiale (cf. figure 6).
    4. Ballon selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'un des cylindres est fixe par rapport audit ballon et l'autre mobile en rotation autour de son axe de révolution et en ce que le cylindre mobile comporte des moyens de mise en rotation extérieurs audit ballon (45).
    5. Ballon selon l'une des revendications 3 ou 4 caractérisé en ce que lesdits tubes cylindres sont verticaux lorsque le ballon est en position de fonctionnement.
    6. Ballon selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe cylindrique, l'enveloppe cylindrique et les moyens de prélèvements sont positionnés l'un par l'autre pour qu'en position de fonctionnement l'axe de l'enveloppe cylindrique soit vertical alternativement horizontal.
    7. Ballon selon l'une des revendications 4 ou 5 ledit ballon comportant un orifice d'entrée de fluide caractérisé en ce que la section passage des moyens de prélèvements est sensiblement située du côté opposé audit orifice relativement à l'axe des moyens de prélèvements.
    8. Ballon selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens de prélèvements comportent au moins une section fixe supplémentaire située à la partie inférieure desdits moyens de prélèvements pour le prélèvement d'une phase liquide.
    9. Ballon selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens de prélèvements comportent au moins une section fixe supplémentaire située à la partie supérieure desdits moyens de prélèvements pour le prélèvement d'une phase gazeuse.
    10. Ballon selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que lesdits moyens de prélèvements sont connectés à l'aspiration d'une pompe polyphasique.
    11. Ballon selon la revendication 10 caractérisé en ce que les moyens de modifications de la section de passage sont reliés à des moyens d'asservissement adaptés à prendre en compte en fonctionnement une ou plusieurs grandeurs liées aux conditions physiques du fluide à traiter en avant et/ou dans le ballon-tampon et des conditions mécaniques du fonctionnement de la pompe.
    12. Procédé de régulation d'un effluent polyphasique comportant les étapes suivantes :
      a) introduction de l'effluent polyphasique dans un ballon amortisseur comportant des moyens de prélèvement de l'effluent polyphasique comportant une phase liquide et une phase gaz ;
      b) réglage de la section de passage de l'effluent polyphasique des moyens de prélèvement en fonction de conditions d'écoulement déterminées par des variations de GLR.
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